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小规模碎石胶结充填在某铜矿山生产过渡期的应用
2019-02-18
以某铜矿山回采工程为实例,在规模化充填系统建设期内,根据矿层地质资料并结合 当前生产系统运行现状,提前利用小型化充填装备的高机动性及普遍适用性,将生产过渡期内采矿 方法灵活调整为小规模两步骤碎石胶结充填采矿法。在改善矿山开采各项经济指标的同时,解决 了矿山开采过程中的一系列安全、环保问题,具备广泛推广意义。
Serial No. 597 January. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 597期 2019 年 1 月第 1 期 小规模碎石胶结充填在某铜矿山生产过渡期的应用 刘ꢀ 勋ꢀ 王国吕ꢀ 葛建平ꢀ 赵ꢀ 峰ꢀ 林炳贵 ( 四川里伍铜业股份有限公司) ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 以某铜矿山回采工程为实例,在规模化充填系统建设期内,根据矿层地质资料并结合 当前生产系统运行现状,提前利用小型化充填装备的高机动性及普遍适用性,将生产过渡期内采矿 方法灵活调整为小规模两步骤碎石胶结充填采矿法。 在改善矿山开采各项经济指标的同时,解决 了矿山开采过程中的一系列安全、环保问题,具备广泛推广意义。 关键词ꢀ 碎石胶结ꢀ 充填采矿ꢀ 小型化ꢀ 过渡期 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 01. 012 Application of Small-scale Gravel Cement Filling in Transitional Production of a Copper Mine Liu Xunꢀ Wang Guolvꢀ Ge Jianpingꢀ Zhao Fengꢀ Lin Binggui ( Sichuan Liwu Copper Industry Co. ,Ltd. ) Abstractꢀ Take a copper mine mining project as an example, during the construction of the scaled filling system, according to the geological data of the seam and combined with the current operational sta- tus of the production system, the high mobility and universal applicability of the miniaturized filling e- quipment are utilized in advance. The mining method in the transitional production period is flexibly ad- justed to a small-scale two-step gravel cementation and filling method. While improving various economic indicators for mining, it has solved a series of safety and environmental issues in the process of mining, and has been widely promoted. Keywordsꢀ Crushed stone cement,Fill mining,Miniaturization,Transitional period ꢀ ꢀ 传统空场法、崩落法采矿存在矿体回收损失、贫 中,项目建设期约 3 a,此时间段内如何在保障安全 作业前提下提高矿产资源回收率,使矿山企业经营 持续稳定推进,并为后续尾砂胶结充填系统建成后 的开采衔接打下良好基础,成为该矿山从空场法采 矿向充填法采矿转型过渡期内的首要任务。 在此关 键时期,公司管理层顺势提出在生产过渡期内局部 实施小规模充填采矿的构想,同时需要重点考虑的 几个问题如下。 化大,作业安全系数低、作业环境条件差等缺点。 根 据国家提出的新一轮发展战略、矿山推行的绿色发 展以及企业所面临的安全环保外部形势,充填采矿 可以满足矿山建设资源节约型、环境友好型企业要 求。 充填采矿从上世纪开始,经过几十年的论证与 实践,国内外大量矿山企业都积累了相当丰富的运 行经验,充填采矿在理论体系、设备支撑、实践应用 技术等方面都已经非常成熟可靠,矿山企业由传统 空场法、崩落法采矿向充填法开采转型势在必行。 (1)安全作业。 作业安全是企业生产经营的根 本,开采方案首先应从技术层面设计并确保采掘作 业安全。 1 ꢀ 概ꢀ 述 里伍公司某铜矿山正处于由空场法采矿向充填 (2)利用已有开拓及采切系统。 新的采矿方法 必须充分利用已有开拓及采切系统,应做到投资高 效,新增辅助工程量最小,经济指标上最优,实施时 效上最快。 [ 1] 法采矿过渡期,尾砂胶结充填 系统正在建设当 ꢀ ꢀ 刘ꢀ 勋(1973—),男,工程师,626201 四川省甘孜州九龙县魁多 乡江郎村。 ( 3)适应性强。 新的充填采矿方法必须高度适 5 3 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 用已有生产系统,应具备操作简易、机动灵活,充填 系统运行稳定、持续且产能满足矿山生产需求。 综合以上几个问题并结合矿山目前开采现状, 小规模充填采矿能顺利实施的关键点就在于充填采 矿方法、充填设备选型及充填骨料来源 3 个方面。 充填胶凝材料选用普通 32. 5 硅酸盐水泥。 其中碎 [ 5] 石采用在坑口地表堆存的井下废石 进行破碎,该 废石以石英片岩为主,普氏硬度系数 f = 8 ~ 10,压碎 指标值为 9% ~ 11% ,破碎后针、片状颗粒含量小于 15% ,可满足胶结粗骨料硬度要求,破碎粒度根据具 体采购的充填设备的泵送要求确定,一般要求粒度 不大于 40 mm。 河砂采用当地就近购买的河砂,水 泥采用普通 32. 5 硅酸盐水泥。 2 ꢀ 回采方案 根据矿山相关地质资料 ,该矿山主矿体平均 [ 2] 倾角 38°、平均真厚度 5. 95 m,矿层及其顶底板岩石 坚硬,强度高,岩体完整,岩体质量良好,围岩整体评 价中等稳固及以上。 含矿层上覆有缓倾斜且较厚的 成层性好的隔水变质岩类,能有效阻隔大气降水的 渗入,大部矿体位于当地侵蚀基准面以上,岩矿体处 于疏干状态,水文地质条件简单。 原设计采用浅孔 房柱法回采,由于该矿体较厚,矿石品位高、价值大, 为充分回收矿石资源,降低矿柱损失,利用采掘废石 及小型化充填设备,将采矿方法由原来的浅孔房柱 2. 3ꢀ 充填工艺 采用小型碎石胶结泵送充填系统,其充填工艺 流程为图 1 所示,主要包括以下几个步骤。 [ 3] 法改为两步骤 碎石胶结充填采矿法,在一步骤矿 房采场回采结束后,对采空区进行碎石胶结充填,待 充填体养护至设计强度后,回采二步骤的矿柱采场。 2 . 1ꢀ 回采顺序 充分利用原有采切工程,一步骤回采矿房采场, 二步骤回采矿柱采场,整体回采顺序由西往东,一步 骤相邻矿房采场超前 15 ~ 25 m,二步骤矿柱采场同 时回采时至少间隔 15 m(即 3 个采场宽度),一步骤 矿房采场与二步骤矿柱采场同时回采时至少间隔 图 1ꢀ 充填工艺流程 ( 1)碎石破碎。 在地表设立小型破碎站,将地 表堆存的井下废石破碎成碎石,振动网筛进行筛分, 筛下碎石粒度不大于 40 mm,堆放于地表碎石堆场, 破碎站粗骨料生产能力需与井下充填用料需求量相 匹配,地表碎石堆场有效堆载容积应不小于井下连 续充填 5 个工日的粗骨料用量,地表堆场碎石常规 堆置体积应能满足井下连续充填 3 个工日的粗骨料 用量。 1 5 m(即 3 个采场宽度)。 单个矿房回采时,先施工切割上山并连通至上 中段回风巷,回采过程中切割上山形成后,以拉底平 巷为自由面自下往上回采,人员从上中段沿切割上 山进入工作面,并在切割上山内进行凿岩等作业,作 业人员不进入空场,从采掘技术上有效保障作业安 全。 ( 2)充填料拌和及运输。 为提高充填效率及充 填作业连续性,简化作业流程,采用井上配料拌和、 井下加水搅拌的方式进行,在井下泵送有效范围内 设置充填骨料堆场,骨料堆场尽量利用中段主巷分 岔口或废弃车场进行断面开挖改造,减少充填作业 的骨料运输与生产物料运输之间的交叉影响,骨料 堆场有效堆载容积应能满足井下连续充填作业 1 个 工日充填料用量。 地表破碎后合格的碎石、河砂和 水泥按照一定配比进行拌和,再通过有轨电机车运 输至井下堆料场。 矿体厚度小于 3. 0 m 时,可一次性回采落矿;矿 [ 4] 体厚度大于 3. 0 m 时,由底板向顶板分层回采 ,分 层回采厚度 2. 0 ~ 3. 0 m,每班采下矿石预留约 1 / 3 在矿房内作为下一班作业人员回采工作平台,回采 过程中最大空顶高度 4. 0 ~ 4. 5 m。 其采掘布置参 数如表 1 所示。 表 1ꢀ 采掘工程布置参数 m 中段 高度 拉底 平巷 切割 上山 上部 联巷 回采 采场 斜长 宽度 顶柱 底柱 30 2×2. 5 2. 6×2. 6 2×2 50 5 3 3 ( 3)充填料浆搅拌及泵送。 在井下充填骨料堆 2 . 2ꢀ 充填料 采用碎石胶结充填,充填骨料选用碎石和河砂, 场旁布置搅拌泵送硐室(图 2),硐室规格根据泵送 设备尺寸进行确定,设备与硐室帮、顶及各类管线之 5 4 ꢀ ꢀ 刘ꢀ 勋ꢀ 王国吕等:小规模碎石胶结充填在某铜矿山生产过渡期的应用ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 间的间隙应能符合矿山安全规程相关强制性要求。 为了提高充填料搅拌效率,稳定充填作业工效,降低 设备对环境的影响,选用小型电动装载机向搅拌泵 送一体机上料,装载机上料台班生产能力应与充填 泵送设备充填料输送能力相匹配,将拌和后的充填 料按试验最佳水灰比加水搅拌后,泵送至需要充填 的采场空区,充填设备动力及水耗直接从中段生产 系统管网处驳接。 图 2ꢀ 搅拌泵送硐室平面布置示意 2 . 4ꢀ 主要设备及技术特征 表 2ꢀ 主要作业设备 小规模两步骤碎石胶结充填采矿法不改变采场 设备名称 655 / YT28 功能 7 采场凿岩 采场出矿 落矿工艺,能充分有效利用矿山已有生产系统设备 设施,使用常规性凿岩及耙矿设备即能满足回采要 求,除新增充填系统相关设备外无需再另行购置其 他设备,回采及充填作业主要施工设备及用途见表 3 5 0 kW 电耙 5 kW 电耙 采场出矿或掘进出碴 采场充填 搅拌输送一体泵 3 电动装载机(0. 3 m ) 充填上料 充填管、滤水管、土工布 采场充填 2 ꢀ 。 ꢀ 两步骤碎石胶结充填采矿法在实施过程中除用 施工效率高等特点破解矿山生产难题,通过开展市 场调研并与相关科研单位合作,结合本矿山已形成 开拓系统及当前生产条件,根据小型化充填作业施 工设备技术需求,最终选定的充填系统主要设备技 术参数如表 3 所示。 到矿山常用设备(如凿岩机、电耙) 外,新增加的胶 结充填系统设备(如搅拌、泵送等)才是决定该采矿 方案能否有效实施的关键,其中充填系统设备的核 心技术就在于小型化,以投入成本低、灵活适用广、 表 3ꢀ 小型充填系统主要设备参数 搅拌输送一体泵 理论输送距离 / m 小型装载机 理论混凝土 理论泵送 压力 / MPa 输送管 内径 / mm 泵送 电机功率 / kW 外形尺寸 (长×宽×高) / mm 额定 额定 装载质量 / kg 骨料尺寸 / mm 输送量 斗容量 3 水平 垂直 3 / (m / h) / m 30 ~ 40 8 125 150 50 40(碎石) 5. 5 4 500×1 900×3 500 0. 3 600 小型装载机 颚式破碎机 电动机功率 装卸 行走 方式 外形尺寸(长×宽×高) / mm 给料口尺寸 最大进料 排料口调整 处理能力 电机功率 外形尺寸(长×宽×高) / kW 方式 / mm 粒度 / mm 范围 / mm / (t/ h) / kW / mm 16. 2 前卸式 轮胎式 3 500×1 400×2 000 400×600 340 40 ~ 100 16 ~ 60 30 1 730×1 730×1 630 2 . 5ꢀ 充填前准备工作 1)充填管道。 充填管自井下搅拌泵送硐室, 平/ 垂直),井下搅拌泵送硐室需按矿块单独设置, # 以 3 200 m 中段 4 矿块为例,胶结充填时该矿块最 ( [ 6] 沿中段主巷经矿块回风巷进入采场空区。 巷道内充 填管道采用与充填输送泵配套的无缝钢管,直径为 大充填倍线 如表 4 所示,单个矿块最远端矿房充 填时的最大充填倍线为 2. 37,充填倍线理论最大允 许值为 5,充填管路能够满足充填作业要求。 表 4ꢀ 充填倍线计算 1 25 mm,管路采用快卡连接,能降低管路敷设施工 难度,提高作业效率;因矿房内管路敷设作业条件 差、施工难度大,充填采场空区内采用硬质塑料管与 回风巷道口钢管连接,能有效降低充填管路材料成 本,同时因碎石胶结体强度较高,在复杂难回收的空 区可将塑料管直接留置在充填体内不做回收。 因受限于搅拌输送一体泵理论输送距离( 水 垂直管长 H/ m 水平管长 L / m 充填倍线 N=L/ H 充填矿块 # 3 200 m 中段 4 矿块 10+30 =40 20+25+50 =95 2. 37 ꢀ ꢀ (2) 脱水管架设。 采场须安装脱水管,保证料 浆及时脱水,更好地使胶结剂凝固。 脱水管采用硬 5 5 总第 597 期 现代矿业 2019 年 1 月第 1 期 质波纹管,管内径为 80 mm,管壁脱水孔为梅花形排 列,孔径为 9 mm,孔网参数 50 mm×50 mm,脱水管 上敷设脱水滤布,用绳索或铁丝进行捆绑,从而确保 较好的脱水效果,脱水管采用锚杆固定于围岩上,采 用法兰密封连接。 脱水管终端连接至中段回水沉淀 水池,回水经沉淀后作为生产水回收利用。 为人工假柱支撑围岩地压,一步骤矿房采场要求充 填体 28 d 抗压强度不小于 2. 0 MPa;二步骤矿柱采 场采完后形成的空区,对空区充填料不做具体要求, 一般直接采用井下掘进废石充填,如空区高度超过 5 . 0 m 或围岩顶板有局部冒落情况,可采用掘进废 石+碎石胶结分层充填接顶处理。 . 7ꢀ 充填作业 采场充填沿空区倾向方向由低往高上向式 2 ( 3)充填挡墙。 采场充填挡墙可采用混凝土挡 墙或柔性挡墙。 混凝土挡墙。 采用混凝土砌筑,混凝土强度 [ 7] 作业,充填料泵送至空区上部回风巷道口后,依靠自 流方式通过硬质塑料充填管向空区充填。 充填作业 未 超 过 充 填 挡 墙 位 置 时, 一 次 充 填 高 度 控 制 在 1. 0 m 以内,待充填体凝固后方可继续充填,以 防充填挡墙受力过大造成垮塌。 充填体高度超过充 填挡墙最高点 2. 0 m 后,连续充填作业直到空区充 满并接顶,后期养护过程中如充填体与空区顶板出 现间隙,需用高标号细石混凝土再次充填接顶密实。 C20,厚度 0. 5 m,在挡墙外侧设木板、立柱进行斜 撑。 挡墙砌筑位置须坚固可靠,矿岩无缝隙,以防漏 浆。 柔性挡墙。 采用废旧钢轨、圆钢、钢丝网、滤布 进行架设。 首先在矿岩稳固地段向周边岩壁施工安 装圆钢,圆钢插入岩石 1. 0 m,露出 1. 0 m,之后安装 横向和竖向的废旧钢轨,并采用废旧钢轨进行斜撑。 钢丝网片安装在挡墙内侧,并在其内侧铺设滤布。 挡墙搭设要求与周边矿岩无缝隙,以防漏浆。 充填挡墙的砌筑一般在采空区充填前 3 d 完 成,挡墙砌筑完毕后,附近爆破作业时应做好防护工 作,以避免爆破冲击波破坏挡墙。 2 . 8ꢀ 技术经济指标 直接将现有已施工采切工程调整为两步骤碎石 胶结采矿法,因矿块已施工采切工程留有顶柱及底 部结构,在不考虑底柱下步回收的情况下,3 200 m # 中段 4 矿块回采主要技术经济指标见表 5,在有更 好出矿条件的矿房选用更大功率电耙可有效提高矿 2 . 6ꢀ 充填体强度 块生产能力。 主要技术经济指标如表 5 所示。 因二步骤回采时需由一步骤矿房采场充填体作 表 5ꢀ 主要技术经济指标 地质储量/ t 矿房 矿柱 38 296 铜品位 采出矿量 出矿品位 采矿贫化率 采矿损失率 采切工程量 3 / % / t / % / % / % / (m/ m ) 4 0 849 1. 5 79 144 1. 38 7. 98 10 720. 5 / 4 303. 4 采切比 单采场生产能力 矿块生产能力 充填能力 凿岩机台班效率(7655 或 YT28) 30 kW 电耙台班效率 55 kW 电耙台班效率 3 3 / (t/ d) / (t/ d) / (m / d) / (m/ 台班) / (t/ 台班) / (t/ 台班) / (m/ kt) (m / kt) 9 . 1 54. 37 80 ~ 100 160 ~ 200 60 ~ 100 30 ~ 40 50 ~ 60 100 ꢀ ꢀ 因矿区远离城镇,河砂、水泥等物料外购运输成 统固定成本投入,充填运营成本的控制有效拓宽了 胶结充填可回收矿体地质品位下限阈值,充填运营 本极高,通过坑口自建小型碎石破碎站,极大降低了 碎石骨料成本,充填设备小型化同样降低了充填系 [ 8] 成本 如表 6 所示。 表 6ꢀ 充填运营成本 材料费 充填成本 / (元/ t) 燃料及 动力费 折旧 大修 维修 车间 企业 人工费 碎石 3 河砂 3 水泥 采场充填管 充填挡墙 其他材料 3 费 费 费 经费 管理费 / (元/ m ) / (元 / m ) 3 3 / (元 / m ) 3 3 3 / 元 / 元 / 元 / 元 / 元 / (t/ m ) / (t/ m ) / (t/ m ) / (m/ m ) / (架/ m ) / % 1 5 55. 25 220. 5 3 5 7. 3 1. 05 7. 97 2. 29 0. 57 0. 78 64. 95 51. 96 380. 38 105. 66 3 ꢀ 结ꢀ 论 时作为一次大胆地新设备实践应用尝试,证明了该 方案的可行性,拓展了矿山人的思维宽度。 ( 1)小规模胶结充填采矿法的应用,以较低的 固定设备投入,不仅提高了矿产资源回收率和经济 效益,解决了坑口废石堆放及环境问题,为后续尾砂 充填系统建成试运行提前收集了大量基础数据,同 (2)利用小型搅拌泵送一体化充填设备其高度 适用、操作简易、运用灵活的特点,同时具备碎石胶 结 充填泵送和细石砂浆泵送2种使( 下转第68页) 5 6
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